基于固态电解质的染料敏化太阳能电池构建和光伏性能研究

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本文主要制备了三种不同成分的聚合物固态电解质,并在二氧化钛染料敏化太阳能电池体系中的对其性能进行了优化,最终成功将其运用在氧化锌染料敏化太阳能电池中。采用二氧化钛纳米颗粒作为填充材料,聚氧化乙烯(PEO)作为聚合物材料,碘化锂、碘作为溶质,乙腈为溶剂制备电解质,并对不同添加量的二氧化钛颗粒对电解质体系产生的影响进行了探讨,得到了电导率3.1×10-5 S cm-1的聚合物固态电解质,并将其运用在二氧化钛染料敏化太阳能电池中进行光电性能测试,得到了2.49%的光电转换效率。本文对由低聚物聚乙二醇(Oligo-PEG), PEO,碘化锂,碘,乙腈构成的电解质,讨论了不同添加量的低聚物对该电解质体系离子电导率及太阳能电池光电性能产生的影响,并采用XRD手段对原因进行了分析。得到了电导率7.1×10-5 S cm-1的聚合物固态电解质,使用该电解质的TiO2DSSCS获得了3.94%的光电转换效率。在PEO/Oligo-PEG电解质体系的基础上,引入了二氧化钛纳米颗粒作为填充材料,构成的复合电解质的离子电导率高达1.45×10-4 S cm-1,由此组装的固态二氧化钛染料敏化太阳能电池获得了5.08%的光电转换效率。在上述讨论的基础上,我们制备了一种创新的固态多级结构氧化锌染料敏化太阳能电池,它使用了氧化锌纳晶聚集体作为光阳极薄膜,并使用了固态电解质。经过前期优化,使用了电解质PEO/oligo-PEG/TiO2/LiI//I2的氧化锌DSSC的光电性能明显有了改善,其能量转化效率在100 mWcm-2下达到了1.8%,这明显高于了采用电解质PEO/TiO2/LiI/I2(η=1.1%)或电解质PEO/oligo-PEG/LiI/I2(η=1.5%)的氧化锌电池。此外,在60 mWcm-2光照下该电池展现了一个更高的转化效率(2.0%)。同时本文还通过扫描电镜、光电流-光电压数据、单色光转化效率和交流阻抗等手段,探讨了这三种复合电解质的形貌、离子电导率,及使用了这三种电解质的染料敏化太阳能电池的性能。
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